کاربردهای ساختارهای دی اکسید تیتانیوم مزوپروس

دی اکسید تیتانیوم مزوپور به عنوان یک گروه از مواد کاربردی، برای کاربردهای امیدوارکننده در بخشفن آوری، به ویژه مواردی در فوتوکاتالیست، زیست شناسی و انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. در اینجا آخرین کاربرد آن را در این زمینه ها بررسی می کنیم.

1- کاربرد TiO2 در فوتوکاتالیز

امروزه، نیمه هادی های پیشرفته فوتوکاتالیز به دلیل پتانسیل عملی بسیار زیاد در حذف آلاینده های آلی و آروماتیک ها، تصفیه هوا و آب آلوده، در زمینه های زیست محیطی مورد توجه فراوان قرار گرفته اند.در میان بسیاری از نیمه هادی های فوتوکاتالیز مورد مطالعه، TiO2 مزوپور به دلیل چارچوب پیوسته ذرات، بازده کوانتومی بالا، سطح زیاد، نانو کریستالی، پایداری طولانی مدت و غیر سمی بودن یکی از مواد مطلوب و اثبات شده است.

آلودگی ناشی از رنگرزی و صنعت نساجی یکی از نگرانی های مهم زیست محیطی است. پساب ها و رنگ های تولید شده توسط این صنایع، ترکیبات آلی هستند که قابل تجزیه در محیط زیست نیستند. با این حال، بیشتر این آلاینده های آلی می توانند از طریق فتوکاتالیز، تحت تابش اشعه ماورا بنفش یا نور مرئی با دی اکسید تیتانیوم مزوپور به عنوان کاتالیزور، تخریب شوند. به این ترتیب، حذف آنها از پساب های این صنایع به راحتی امکان پذیر است.

2- کاربرد TiO2 در ساخت سلول های خورشیدی

شکی نیست که انرژی خورشیدی یک منبع انرژی جدید، تمیز و تجدید پذیر است. در حال حاضر، مطالعه بر روی انرژی خورشیدی بسیار رو به پیشرفت است. نتایج مطالعات و تحقیقات نشان داده اند که مواد دی اکسید تیتانیوم Mesoporous دارای راندمان تبدیل بالا بوده و بنابراین می تواند به عنوان سلول خورشیدی استفاده شوند.

در این بخش، تیتانیوم دی اکسید مزوپور مورد استفاده در سلول های حساس به رنگ یا dye-sensitized cells (DSSCs) و سلول های خورشیدی perovskite مورد بحث قرار گرفته است.DSSC نوعی سلول های خورشیدی هستند که از تیتانیوم دی اکسید مزوپور ارزان و رنگ های حساس به نور به عنوان ماده اولیه اصلی بهره می گیرند. این نوع طراحی با شبیه سازی استفاده از انرژی خورشیدی توسط گیاهان در طبیعت به شکل فرآیند فتوسنتز، طراحی شده است.

یک DSSC معمولی از نیمه هادی های نانو متخلخل، فیلم، حساس کننده های رنگ، الکترولیت های اکسیداسیون، الکترودهای شمارنده و لایه های رسانا تشکیل شده است.دی اکسید تیتانیوم مزوپور با ساختار منظم، دارای سطح وسیع و تبلور زیاد، کارایی DSSC ها را با افزایش انتشار و جذب رنگ و همچنین انتقال الکترون بهبود می بخشند. مورفولوژی این ساختارها تأثیر زیادی در کارآیی سلول های خورشیدی دارد.

3- کاربرد TiO2 در ساخت باتری های یون - لیتیم

ساختار دی اکسید تیتانیوم اگرچه مزایای زیادی دارد و می تواند بهترین گزینه برای تشکیل یک باتری یون - لیتیوم باشد اما هدایت الکترونیکی آن پایین است و این عامل، مانع از آن می شود که یک ماده مناسب و عالی باشد. انتقال الکترون در این باتری ها به هدایت یون ها بستگی دارد اما تشکیل این ساختارها می تواند بر روی هدایت یونی در باتری یون - لیتیم تأثیر منفی بگذارد.

برای رفع این مشکل، نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم مزوپروس ابداع شدند تا بتوانند چرخه مواد و هدایت را بهبود بدهند. به این ترتیب، با این ساختار، انتشار یون لیتیم بسیار بهتر خواهد بود و قدرت خروجی باتری را نیز بهبود می دهد.

مورفولوژی ساختار دی اکسید تیتانیوم و الکترود می تواند بر خصوصیات الکتریکی این باتری ها تأثیر بگذارد. در حال حاضر از این ساختار به شکل لایه فیلم نانو، میله های نانو، ورقه های نانو و ریزساختارها در تولید باتری یون - لیتیم استفاده می شود. این باتری ها ظرفیت ویژه بالاتری دارند و طول عمر آنها بیشتر است.

4- کاربرد TiO2 در ساخت سنسورهای زیستی

حسگرهای زیستی یا بیوسنسورها، وسیله های بسیار کوچکی هستند که به یک ماده بیولوژیکی پاسخ می دهند و سیگنال را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند. این سنسورها حساسیت بالایی دارند، زمان پاسخدهی آنها کوتاه است و مزایای بیشماری در عمل درمان و پزشکی دارند.

پایداری و سازگاری بیولوژیکی ساختارهای مزوپروس دی اکسید تیتانیوم باعث شده که از آن برای ساخت سنسورهای زیستی استفاده شود. این ساختارها اندازه سطح بالایی دارند و با توزیع یکنواخت منافذ، کارآیی این حسگرها را بهبود می دهند. با این سنسورها می توان به راحتی پارامترهای بیولوژیکی را اندازه گیری کرد.